運(yùn)用系統(tǒng)布局規(guī)劃方法改善電動(dòng)機(jī)維修車(chē)間布局

周佶睿， 張新艷

(同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院, 上海 201810)

隨著經(jīng)濟(jì)全球化與信息科技的突飛猛進(jìn)，特別是互聯(lián)網(wǎng)+概念的興起，促使互聯(lián)網(wǎng)同各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行深度融合。對(duì)于任何企業(yè)來(lái)說(shuō)，這都是一個(gè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的時(shí)代。就拿生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)來(lái)說(shuō)，得益于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，業(yè)者拉近了與客戶間的距離，減少了過(guò)往市場(chǎng)推廣環(huán)節(jié)所需的時(shí)間與成本，這是機(jī)遇；但挑戰(zhàn)也顯而易見(jiàn)，信息時(shí)代使市場(chǎng)價(jià)格更為透明，利潤(rùn)空間收窄。因此，通過(guò)工業(yè)工程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，降低成本，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合效率，從而確保企業(yè)在日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于不敗之地顯得至關(guān)重要。

設(shè)施規(guī)劃是工業(yè)工程學(xué)科中主要的研究方向之一。它通過(guò)對(duì)研究對(duì)象的位置選擇、平面布局、物流分析、搬運(yùn)方式及運(yùn)輸工具的選擇等進(jìn)行具體的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，從而使各生產(chǎn)要素與子系統(tǒng)形成合理的配置和布局，以組成高效率的生產(chǎn)集成系統(tǒng)[1]。

A公司隸屬于某大型跨國(guó)外商獨(dú)資企業(yè)。主要業(yè)務(wù)范圍為電力產(chǎn)品、離散自動(dòng)化與運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備、及低壓產(chǎn)品與過(guò)程自動(dòng)化設(shè)備[2]。

本文以A公司在華的電動(dòng)機(jī)維修車(chē)間為研究對(duì)象，結(jié)合其日常運(yùn)營(yíng)模式與生產(chǎn)流程，對(duì)現(xiàn)有車(chē)間布局狀況進(jìn)行分析研究，并應(yīng)用系統(tǒng)布局規(guī)劃方法對(duì)生產(chǎn)所需的各工作單元間的物流與非物流關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)、分級(jí)，合理地布置與安排，形成若干個(gè)布局優(yōu)化方案。隨后結(jié)合物流-距離分析法對(duì)各預(yù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，從而得出最優(yōu)布局方案加以實(shí)施[3]。

1 系統(tǒng)布局規(guī)劃方法

系統(tǒng)布局規(guī)劃方法(Sysmatic Layout Planning, SLP)是20世紀(jì)60年代由工業(yè)設(shè)施系統(tǒng)規(guī)劃之父Muthur所提出[4]。該理論將設(shè)施布局由定性分析提升至定量計(jì)算的階段。它以生產(chǎn)系統(tǒng)中的產(chǎn)品、產(chǎn)量、流程、輔助部門(mén)及時(shí)間節(jié)拍(即P/Q/R/S/T)為研究對(duì)象，分析各工作單元間的物流與非物流相關(guān)性，利用各類(lèi)圖表分析評(píng)價(jià)以設(shè)計(jì)出最為優(yōu)化的設(shè)施布局[5]。此外，隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，各類(lèi)衍生于SLP方法的計(jì)算機(jī)輔助布局分析理論也被研究人員大量開(kāi)發(fā)并投入應(yīng)用，其中較為著名的有計(jì)算機(jī)關(guān)系布置規(guī)劃(Computerized Relationshio Layout Planning, CORELAP)及自動(dòng)布局設(shè)計(jì)程序(Automated Layout Design Procedure, ALDEP)算法等[6]。

圖1 SLP程序圖

2 電動(dòng)機(jī)維修車(chē)間生產(chǎn)狀態(tài)的分析

本文基于兩個(gè)維度，對(duì)維修車(chē)間的生產(chǎn)狀態(tài)開(kāi)展分析(見(jiàn)圖1)。一方面分析5類(lèi)核心生產(chǎn)資料(即P/Q/R/S/T)[7]；另一方面分析現(xiàn)有布局中存在的不合理之處。將兩個(gè)維度的分析結(jié)果作為實(shí)施SLP方法時(shí)的輸入[8]。

2.1 生產(chǎn)資料的分析

(1) 產(chǎn)品P。維修車(chē)間主要承修各類(lèi)高壓感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，因感應(yīng)電動(dòng)機(jī)屬于較為成熟的設(shè)備，各廠商的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上大同小異。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)均是由定子、機(jī)座、轉(zhuǎn)子、冷卻器、軸承、端蓋等幾類(lèi)主要零部件所構(gòu)成的。

(2) 產(chǎn)量Q。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，維修車(chē)間每年維修各類(lèi)高壓電動(dòng)機(jī)總計(jì)約260臺(tái)次，其中機(jī)座號(hào)400～500(功率700～2 000 kW)的中型電動(dòng)機(jī)占絕大多數(shù)，達(dá)到維修總量的91%。

(3) 流程R。高壓電動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)是維修車(chē)間的主要業(yè)務(wù)。其業(yè)務(wù)流程為：電動(dòng)機(jī)進(jìn)廠解體檢查，統(tǒng)計(jì)需更換的備件并報(bào)價(jià)，待合同簽訂后，定子部分清洗烘干，經(jīng)VPI真空壓力浸漆后固化，增加絕緣及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；轉(zhuǎn)子清洗烘干后，進(jìn)行動(dòng)平衡校調(diào)；冷卻器及端蓋等其他零部件則清洗后暫存，待所有部件完成保養(yǎng)后，整機(jī)總裝同時(shí)更換備件，最后做整機(jī)出廠試驗(yàn)。

(4) 輔助部門(mén)S。除配置有清洗房、烘箱、真空壓力浸漬工藝(Vacuum Pressure Impregnating, VPI)浸漆罐、動(dòng)平衡機(jī)和電動(dòng)機(jī)測(cè)試站等專(zhuān)業(yè)設(shè)備外，還需配置員工更衣室、浴室等必要的輔助部門(mén)。

(5) 時(shí)間節(jié)拍T。維修車(chē)間采取每天8 h單班工作制，各主要工序也已核定了標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)。

2.2 現(xiàn)有車(chē)間布局的分析

圖2所示為目前維修車(chē)間的設(shè)施布局情況。對(duì)其全面分析后發(fā)現(xiàn)當(dāng)前布局存在以下不合理之處。

圖2 現(xiàn)行維修車(chē)間布局圖(改善前)

(1) 未設(shè)置緩沖或暫存區(qū)：車(chē)間內(nèi)未設(shè)計(jì)任何暫存區(qū)，但在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)解體后到簽訂合同階段往往需要一個(gè)商務(wù)談判周期；定轉(zhuǎn)子及其他零部件保養(yǎng)所需周期不同；又偶爾有長(zhǎng)交期備件，因此會(huì)出現(xiàn)較多解體后的零部件堆置在車(chē)間內(nèi)的情況。布局優(yōu)化時(shí)，需為拆解后的定轉(zhuǎn)子和零部件設(shè)計(jì)專(zhuān)屬的暫存區(qū)域。

(2) 各區(qū)域缺乏實(shí)際所需面積的規(guī)劃：從圖2可知，目前維修車(chē)間雖然規(guī)定了各工序的位置區(qū)域，但未科學(xué)規(guī)劃各區(qū)域?qū)嶋H所需面積的大小。在本次布局優(yōu)化時(shí)，應(yīng)該考量各個(gè)工作單元的實(shí)際所需，量體裁衣進(jìn)行布局設(shè)計(jì)。

(3) 閑置設(shè)備占用場(chǎng)地資源：目前車(chē)間東南角放置了一臺(tái)大型車(chē)床，車(chē)床設(shè)計(jì)占地約20 m2。采購(gòu)此臺(tái)機(jī)床的目的是用于大型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子精車(chē)和校平時(shí)使用，實(shí)際生產(chǎn)幾年后發(fā)現(xiàn)，該種工藝需求量很低，一旦生產(chǎn)需要時(shí)也可以通過(guò)外委等手段代替自行加工，因此這臺(tái)車(chē)床從車(chē)間投運(yùn)伊始便閑置至今。本次布局優(yōu)化時(shí)準(zhǔn)備將其售出，節(jié)約場(chǎng)地的同時(shí)亦可獲取一筆額外收入。

3 基于SLP方法的設(shè)施布局規(guī)劃

3.1 工作單元間的物流相關(guān)性分析

根據(jù)上述分析結(jié)果，統(tǒng)計(jì)整機(jī)、零部件在各個(gè)工作單元間的物流量，繪制高壓電動(dòng)機(jī)維護(hù)保養(yǎng)工藝過(guò)程的物流從至表，如圖3所示。

序號(hào)ABCDEFGHIJKLM合計(jì)A4530000000000004530B00000882360004530030009312C003600008820000004482D0002410119002410000006010E0002410000000002410F0000001190000001190G08828820000000001764H0360036000000000007200I040000000000040J0000000004530004530K0000000000000L03000000000000300M0000000000000合計(jì)09352448260102410119017647200045304530300041768

圖3 電動(dòng)機(jī)維護(hù)保養(yǎng)作業(yè)物流從至表

通過(guò)對(duì)從至表的研究，可獲得每對(duì)工作單元間的物流強(qiáng)度值[9]。在SLP方法中，通常將各工作單元間的相互接近性程度根據(jù)密切程度由高到低劃分為A、E、I、O、U 5個(gè)等級(jí)(在非物流相關(guān)性及綜合相關(guān)性評(píng)價(jià)時(shí)還設(shè)有第6個(gè)等級(jí)X，表示該2個(gè)工作單元間應(yīng)盡量遠(yuǎn)離)[10-12]。

在電動(dòng)機(jī)維修車(chē)間的案例中，待檢電動(dòng)機(jī)區(qū)域-電動(dòng)機(jī)拆裝區(qū)域的物流強(qiáng)度為4 530，是所有路線中最高的，因此，該工作單元對(duì)的物流強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)設(shè)為A級(jí)，以此類(lèi)推為所有工作單元對(duì)的物流強(qiáng)度分級(jí)，并得到電動(dòng)機(jī)維修車(chē)間各工作單元間的物流情況，如圖4所示。

圖4 維修車(chē)間各工作單元間物流相關(guān)圖

3.2 工作單元間的非物流相關(guān)性分析

除去物流相關(guān)性外，還需考慮各工作單元間的非物流相關(guān)性。在電動(dòng)機(jī)維修車(chē)間的案例中，如考慮到清洗房作業(yè)時(shí)的噪聲較大，應(yīng)盡量與人員作業(yè)區(qū)域(如電動(dòng)機(jī)拆裝區(qū))遠(yuǎn)離。本文以表1列舉的8類(lèi)接近性評(píng)價(jià)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)[13]。

表1 工作單元間非物流接近評(píng)價(jià)因素表

在維修車(chē)間的案例中，非物流相關(guān)性評(píng)價(jià)有一特別之處，在于車(chē)間中一些特殊設(shè)備由于安裝在地坪以下(如VPI真空壓力浸漆設(shè)備)或是管路敷設(shè)的原因(如烘房)無(wú)法移動(dòng)位置，而動(dòng)平衡機(jī)與清洗房設(shè)備在移動(dòng)時(shí)涉及專(zhuān)業(yè)人員安裝，會(huì)產(chǎn)生較多的施工費(fèi)用，因此，在非物流相關(guān)性評(píng)價(jià)時(shí)將此部分內(nèi)容也加以考慮，形成評(píng)價(jià)結(jié)果以及各工作單元間的非物流情況，如圖5所示。

圖5 維修車(chē)間各工作單元間非物流相關(guān)圖

3.3 綜合相關(guān)性分析及優(yōu)化布局方案設(shè)計(jì)

在得出物流(Mxy)與非物流相關(guān)性(Nxy)后，需要通過(guò)一定加權(quán)值將兩者嚙合后得出綜合相關(guān)性(Cxy=mMxy+nNxy)。在電動(dòng)機(jī)維修車(chē)間的案例中，因日常生產(chǎn)需頻繁搬運(yùn)整機(jī)和大型零部件，物流強(qiáng)度較大，故定義m與n的比值為2∶1[14]。

據(jù)此完成各工作單元間的綜合密切程度等級(jí)評(píng)價(jià)，形成綜合關(guān)系，如圖6所示。

圖6 維修車(chē)間各工作單元間綜合相關(guān)圖

根據(jù)綜合相關(guān)圖，繪制相對(duì)位置布局圖，隨后對(duì)各工作單元所需的實(shí)際面積進(jìn)行排布及規(guī)劃，得出2個(gè)優(yōu)化布局方案(見(jiàn)圖7、圖8)。

圖7 優(yōu)化布局方案1

圖8 優(yōu)化布局方案2

圖7方案1中較多保留車(chē)間現(xiàn)有特殊設(shè)備的位置，如前文討論設(shè)備搬移時(shí)需要產(chǎn)生較多費(fèi)用，因此，方案1中盡量保留這些設(shè)備的原有位置，主要對(duì)暫存及工作區(qū)域布置進(jìn)行合理優(yōu)化。圖8方案2中則將可移動(dòng)的設(shè)備根據(jù)綜合接近程度布置到最合理的區(qū)域。

4 優(yōu)化布局方案評(píng)價(jià)

由于電動(dòng)機(jī)維修車(chē)間日常運(yùn)行時(shí)，物流強(qiáng)度較大，因此決定以物流效率作為方案評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)。本文選用物流-距離分析法對(duì)兩個(gè)備選方案進(jìn)行評(píng)價(jià)[15]。該方法是通過(guò)計(jì)算工作單元間的物流量與搬運(yùn)距離，形成各優(yōu)化方案的總物流距，從而計(jì)算出物流成本。根據(jù)物流成本的高低對(duì)待選方案進(jìn)行評(píng)優(yōu)[16]。表2所示為本案例中，方案1與方案2的相關(guān)物流數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果。

表2 各優(yōu)化方案物流指標(biāo)統(tǒng)計(jì)匯總表

從表2可以看出：相較于方案1，方案2在搬運(yùn)距離上更占優(yōu)勢(shì)，執(zhí)行該方案的物流成本也更低。因此，選取方案2對(duì)維修車(chē)間進(jìn)行設(shè)施布局優(yōu)化。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)維護(hù)保養(yǎng)作業(yè)流程及維修車(chē)間布局現(xiàn)狀的分析，運(yùn)用SLP方法進(jìn)行布局優(yōu)化設(shè)計(jì)，并根據(jù)物流性能分析選定了最優(yōu)方案。電動(dòng)機(jī)維修車(chē)間經(jīng)設(shè)施布置改善后，有效減少了物流搬運(yùn)中出現(xiàn)的交叉迂回現(xiàn)象，提高了車(chē)間內(nèi)的物流效率，有助于經(jīng)濟(jì)效益的提升。